一种逆阻IGBT的芯片及制造方法技术

技术编号:20367419 阅读:38 留言:0更新日期:2019-02-16 18:37
本发明专利技术涉及一种逆阻IGBT的芯片及制造方法。本发明专利技术在芯片边缘区制作孔槽与芯片背面集电极P+区相接触,采用物理气相淀积,将芯片放入充满硼离子的气体中,使硼离子沿着孔槽内壁进行横向扩散,直至孔槽之间的扩散结相接触,环绕终端区形成扩散隔离区。其区别于常规逆阻IGBT采用扩散法制作隔离区特点是:扩散时间短、不受衬底厚度影响、隔离区使用面积少、芯片面积利用率高。孔槽底部与背面集电极P+区相接触,解决了高压器件因衬底较厚,扩散隔离区底部很难与背面集电极相接触的难题,只需孔槽之间的扩散结相接触,形成整体扩散P+区,将芯片终端区与芯片边缘相隔离,避免芯片边缘区漏电流的产生。

【技术实现步骤摘要】
一种逆阻IGBT的芯片及制造方法
:本专利技术涉及半导体
中的功率半导体器件结构,其逆阻IGBT终端隔离区结构设计。
技术介绍
常规IGBT为了折中通态压降Von和关断损耗Eoff,一般都具有缓冲层以获得更小的Von和Eoff,由于缓冲层和集电极层的掺杂浓度都很高,同时芯片边缘由于晶格损伤和应力会引起较大的漏电流,所以常规IGBT不具备反向阻断能力。而逆阻型IGBT采用传统的非穿通型(NPT)结构,同时在背面和侧面做了改进,在芯片边缘处设计有效的边缘隔离区P+,使边缘隔离区P+与背面P+区短接,来避免芯片边缘的晶格损伤和应力造成较大漏电流产生,使其具备双向阻断能力。传统的逆阻IGBT边缘P+隔离区设计,通常采用自上而下扩散隔离区设计。传统逆阻型IGBT边缘隔离区结构设计见图4A,采用这种扩散隔离终端设计,P+隔离区与底面P+相接触是整个结构设计的难点所在,对于衬底较薄的低压逆阻IGBT较容易实现,但对于耐压较高、衬底较厚的高压器件而言,实现较为困难。高压逆阻IGBT的衬底较厚,需要很长的扩散时间,P+隔离区才能与背面P+相结合,由于横向扩散的存在,导致P+隔离区扩散面积很宽,造成芯片终端面积大量浪费。
技术实现思路
为了更有效地避免芯片边缘由于晶格损伤和应力造成的较大漏电流,并且减少扩散隔离区造成的芯片面积浪费,本专利技术提出一种在终端边缘区(111)打孔扩散形成P+隔离区(2),且这些圆柱型的孔槽连续的排列分布在芯片终端区(110)周围,形成环绕式包裹分布。剖面图见图4B、俯视图见图4C、圆柱形孔槽之间的扩散效果图见图4D。圆柱形孔槽环绕包裹在芯片周围,槽底与背面P+区(1)相接触。将挖好圆柱形孔槽芯片采用物理气相淀积,将芯片入充满B(硼)离子的气体中,使硼离子气体沿着圆柱形孔槽内壁进行横向扩散,达到圆柱形孔槽之间的扩散区域相接触,效果图见图D,最终形成包围P+隔离区(2)。芯片在物理气相淀积中,为了在短时间内,使圆柱形孔槽的扩散区域相接触,一般圆柱形孔槽之间的距离在1μm-20μm左右。因此,本结构设计在较短的扩散时间内且芯片边缘使用面积较低的情况下,就能形成新的P+扩散隔离区(2),有效的防止了芯片边缘漏电流的产生。(注:芯片有源区与终端区不是本设计的重点,所以不过多讲解,本领域技术人员应当理解其结构)。一种逆阻IGBT的芯片,其特征在于:逆阻IGBT的芯片终端区与芯片边缘之间孔槽阵列包围终端环绕式分布,孔槽阵列为一圈或者多圈;孔槽阵列环绕包裹终端区,单面孔槽结构即在IGBT的芯片从上面开孔:孔槽底部与背面P+区距离0μm-50μm、相邻孔槽间距1μm-30μm、多圈孔槽相邻圈之间的间距1μm-20μm,双面孔槽结构即在IGBT的芯片两面同时开孔:表面相邻孔槽间距(122)1μm-30μm、表面孔槽与背面孔槽的横向距离(121)1μm-20μm、孔槽深度是衬底厚度的40%-60%。进一步,孔槽形状为圆柱形或者为非圆柱形。进一步,多圈为2-3圈。进一步,孔槽底部与背面P+区距离0μm即开通孔。芯片边缘区制作孔槽与芯片背面集电极P+区相接触,采用物理气相淀积,将芯片放入充满硼离子的气体中,使硼离子沿着孔槽内壁进行横向扩散,直至孔槽之间的扩散结相接触,环绕终端区形成扩散隔离区。本专利技术所设计的优点:本专利技术极大的减小了芯片终端区面积,可将现有逆阻IGBT终端区面积减少65-85%。在制作相同效果的隔离区P+区时,本专利技术能在较短的时间扩散形成隔离P+区,避免因为高压器件衬底较厚,使用传统扩散法制作P+区扩散时间较长,横向扩散占用大量终端区面积,自上而下的扩散P+区难以与背面P+区相接触导致P+区未起到保护隔离的作用。本专利技术不受衬底厚度影响,采用物理气相淀积,实现B(硼)离子从圆柱形孔槽内壁横向扩散,相邻两个圆柱形孔槽扩散区域相接触形成扩散隔离区P+,有效的防止芯片边缘区漏电流的产生。在实现相同的扩散P+隔离区下,本专利技术不受衬底厚度约束,有效的实现P+扩散隔离区与背面P+相接触,同时减少芯片边缘区的使用面积,提高芯片面积的利用率。附图说明通过附图将本专利技术的上述及其它目的、特征和优势变得更加清晰。图中的各个区域未必按比例绘制而是着重于图示本专利技术的结构,其中所有图中的”……”均代表未画出的圆柱形孔槽。图1图示了具有单排圆柱形孔槽环绕分布终端区逆阻IGBT俯视图;图2图示了具有双排等腰三角形阵列的圆柱形孔槽环绕分布终端区逆阻IGBT俯视图。图3图示了具有双面交叉圆柱形孔槽终端隔离区剖面结构图,其中:121—表面圆柱形孔槽与背面圆柱形孔槽的横向距离、122—表面圆柱形孔槽之间的间距。图3A图示了具有双面交叉圆柱形孔槽终端隔离区俯视图。图4A图示了传统扩散技术制造逆阻IGBT终端隔离区剖面示意图;图4B图示了本专利技术带有圆柱形孔槽隔离终端区设计剖面示意图,其中:1—背面P+区(集电极)、2—P+隔离区(圆柱形孔槽扩散形成的扩散隔离区)、3—场限环、4—n形截止环、5—N+发射极、6—P-区、7—场氧化层、8—栅氧化层、110—终端区宽度、100—有源区宽度、111—终端边缘区。图4C图示了具有圆柱形孔槽的逆阻IGBT结构俯视图,其中:d—圆柱形孔槽间距、r—圆柱形孔槽内径;图4D图示了圆柱形孔槽在物理气相淀积下扩散结接触形成的效果图;具体实施方式:为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案与结构进行清楚、完整地说明。图4C中圆柱形孔槽之间的距离在1μm-20μm之间,通过物理气相淀积的方法,使圆柱形孔槽之间的扩散结相接触形成P+隔离区。基于该原理本专利技术提供三种逆阻IGBT终端边隔离区制作实施例。具体为:实施例一:本实施例中采用单排圆柱形孔槽阵列如图1所示,N-衬底掺杂浓度为1e13cm-3—5e13cm-3,厚度400μm—550μm(根据耐压大小不同)。芯片有源区宽度(100)200μm-400μm,终端区宽度(110)200μm-1000μm(根据耐压的大小不同),圆柱形孔槽之间的距离1μm-20μm左右(根据芯片整体大小而定),圆柱形孔槽的内径5μm-30μm(根据芯片面积而定),物理气相淀积采用浓度1e20cm-3-5e20cm-3的B离子气体。通过实验与仿真测试,在得到相同的扩散隔离区P+时,本专利技术所需的扩散时间占传统扩散方法时间的1%-10%。该结构所需的芯片边缘区面积减少80%-95%,从而有效的减小了器件面积。实施例二:本实施例中采用双排等腰三角形圆柱形孔槽阵列如图2所示,N-衬底掺杂浓度为1e13cm-3—5e13cm-3,厚度400μm—550μm(根据耐压大小不同)。芯片有源区宽度(100)200μm-400μm,终端区宽度(110)200μm-1000μm(根据耐压的大小不同),最外围圆柱形孔槽之间的距离10μm-20μm左右(根据芯片整体大小而定),内围圆柱形孔槽与最外围两个圆柱形孔槽形成等腰三角形,最外围圆柱形孔槽与内围圆柱形孔槽之间的距离1μm-10μm(小与外围孔槽之间的距离),圆柱形孔槽内径5μm-30μm(根据芯片面积而定),物理气相淀积采用浓度1e20cm-3-5e20cm-3的B离子气体,扩散隔离区面积增大1.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种逆阻IGBT的芯片,其特征在于:逆阻IGBT的芯片终端区与芯片边缘之间孔槽阵列包围终端环绕式分布,孔槽阵列为一圈或者多圈;孔槽阵列环绕包裹终端区,单面孔槽结构即在IGBT的芯片从上面开孔:孔槽底部与背面P+区距离0μm‑50μm、相邻孔槽间距1μm‑30μm、多圈孔槽相邻圈之间的间距1μm‑20μm,双面孔槽结构即在IGBT的芯片两面同时开孔:表面相邻孔槽间距(122)1μm‑30μm、表面孔槽与背面孔槽的横向距离(121)1μm‑20μm、孔槽深度是衬底厚度的40%‑60%。

【技术特征摘要】
1.一种逆阻IGBT的芯片,其特征在于:逆阻IGBT的芯片终端区与芯片边缘之间孔槽阵列包围终端环绕式分布,孔槽阵列为一圈或者多圈;孔槽阵列环绕包裹终端区,单面孔槽结构即在IGBT的芯片从上面开孔:孔槽底部与背面P+区距离0μm-50μm、相邻孔槽间距1μm-30μm、多圈孔槽相邻圈之间的间距1μm-20μm,双面孔槽结构即在IGBT的芯片两面同时开孔:表面相邻孔槽间距(122)1μm-30μm、表面孔槽与背面孔槽的横向距离(121)1μm-20μm、孔槽深度是衬底厚度的4...

【专利技术属性】
技术研发人员:吴郁何紫东龚超
申请(专利权)人:北京工业大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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